Möbius–Hückel Topology Switching in Expanded Porphyrins: EPR, ENDOR, and DFT Studies of Doublet and Triplet Open-Shell Systems


Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

The one-sided Möbius band topology with its characteristic 180° twist has fascinated and inspired philosophers, artists and scientists since a long time. On the molecular level, only in the last 13 years a few chemistry groups succeeded to artificially create novel compounds with Möbius symmetry by theory-based molecular design and elaborate chemical synthesis. The interest in molecules with Möbius band symmetry was greatly stimulated in 1964 by a theoretical paper by Edgar Heilbronner from the ETH Zurich. He predicted that sufficiently large [n]annulenes with a closed-shell electron configuration of 4n π-electrons should allow for sufficient π-overlap stabilization to be synthesizable by twisting them into the Möbius topology of their hydrocarbon skeleton. In 2003, the first synthesis of an aromatic Möbius annulene was accomplished by Rainer Herges and co-workers in Kiel. In 2007, Lechosław Latos-Grażyński and co-workers in Wroclaw succeeded in synthesizing free-base di-p-benzi (Yoneda et al., Angew Chem Int Ed 53: 13169–13173, 2014) hexaphyrin (1.1.1.1.1.1), compound 1, an expanded porphyrin which can dynamically switch between Hückel and Möbius conjugation upon changes of solvent and temperature. Shortly thereafter, in 2008, Atsuhiro Osuka and his co-workers from Kyoto, Seoul and Hyogo published the synthesis of an expanded porphyrin in which metalation triggered the production of molecular twisting and Möbius aromaticity. In this minireview, among other studies also our recent EPR, ENDOR and DFT studies on open-shell states of 1, i.e., on the ground-state radical cation doublet state (total electron spin S = 1/2) and the first excited triplet state (S = 1) are summarized. The review is largely based on a previous joint publication of the current authors with the Latos-Grażyński group on radical cations of 1 (Möbius et al., Phys Chem Chem Phys 17:6644–6652, 2015). The radical cation study was the first one of an open-shell π-system with Möbius topology. In the doublet state, the hyperfine interactions of the unpaired electron spin with specific magnetic nuclei in the molecule was used as a sensitive probe for the electronic structure of the molecule and its symmetry properties. This work has now been extended to state-of-the-art DFT theory studies on photo-excited triplet states of 1. In the open-shell triplet state, besides hyperfine couplings, a change of the zero-field splitting interaction between the two unpaired electron spins is predicted to be a viable sensor for electronic structure changes upon Möbius-to-Hückel topology switching.

Об авторах

Klaus Möbius

Department of Physics, Free University Berlin; Max Planck Institute for Chemical Energy Conversion

Автор, ответственный за переписку.
Email: moebius@physik.fu-berlin.de
Германия, Arnimallee 14, Berlin, 14195; Mülheim (Ruhr)

Anton Savitsky

Max Planck Institute for Chemical Energy Conversion

Автор, ответственный за переписку.
Email: anton.savitsky@cec.mpg.de
Германия, Mülheim (Ruhr)

Wolfgang Lubitz

Max Planck Institute for Chemical Energy Conversion

Email: anton.savitsky@cec.mpg.de
Германия, Mülheim (Ruhr)

Martin Plato

Department of Physics, Free University Berlin

Email: anton.savitsky@cec.mpg.de
Германия, Arnimallee 14, Berlin, 14195

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML

© Springer-Verlag Wien, 2016

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».